磁粒子成像（magnetic particle imaging，mpi）是一种全新的定量功能性成像技术，其利用了注入血流中的纳米颗粒示踪剂的磁性质，能够生成动脉血流和体积心脏运动的实时三维图像。
2001年，德国汉堡飞利浦实验室科学家b． gleich首次提出mpi的概念。
2005年，b． gleich和另一位科学家 j． weizenecker研制成功了首台mpi设备，其可行性论证于当年在《自然》杂志上首次发表。
mpi可以直接检测到机体内任何时间和空间的纳米颗粒示踪剂，满足临床对安全、快速的三维血管造影技术的需求，帮助研究人员从器官、细胞和分子层面深入认识病程。
mpi具有高空间分辨率和高时间分辨率的优点。由于成像不显示解剖结构和背景组织，不产生干扰信号，因此示踪剂分布图像具有高对比度。同时，mpi 成像时不存在电离辐射，也无需使用毒性示踪剂，因为mpi的示踪剂由超顺磁氧化铁（spio）制成，相比用于ct的碘和用于磁共振的钆，spio要安全得多。
▲ 图1 各种影像诊断技术对比图
虽然全球目前只有用于小型动物的mpi设备上市，但mpi正处于快速发展时期，与20世纪80年代早期mri的发展阶段类似。这种新的成像方式对医学科研及临床工作者都有着巨大的吸引力。
本文介绍了mpi工作原理、mpi与mri的区别以及mpi设备制造商。
mpi工作原理
mpi成像需要使用示踪剂，只有示踪剂存在于成像区域才能产生信号。常用的示踪剂是氧化铁磁性纳米粒子（fe3o4），也称为超顺磁性氧化铁（superparamagnetic iron oxide，spio）纳米粒子。示踪剂spio的性质很大程度上决定了mpi的图像质量。
由于机体内正常情况下不会存在示踪剂，因此mpi图像具有极佳的对比度和高灵敏度，使我们能够看到活的有机体中细胞（细胞跟踪）、血液（灌注）和其他功能系统（靶向、药物传递系统）中的示踪剂。
磁粒子成像利用磁力学独特的几何结构创建一个磁场自由区（field free region，ffr），类似于将两块磁铁放在一起时的情况。由敏感点控制纳米颗粒的方向。这与mri的物理原理截然不同，mri的图像是由均匀的磁场产生的。
快速移动ffr会使得spio纳米颗粒的磁性方位发生翻转，从而在接收线圈中产生信号。因为我们始终知道敏感点在哪里，所以我们可以将信号分配到已知位置，产生定量的mpi图像。
mpi的性能、分辨率和灵敏度主要受纳米颗粒的影响。使用更好的或特定的spio可以提高设备的分辨率和／或灵敏度。
▲图2 利用mpi设备，一条灵敏磁场自由线（ffl）在整个样品上光栅化，用于绘制纳米粒子的分布图。
▲图3 扫描后，生成三维断层图像，可在肝脏和脾脏中检测到mpi信号（热铁色）。
mpi vs． mri
▲ 图4 mri的场强结构：使用弱梯度（mt）和强场强（t）创建一个均匀的场来生成图像。
▲ 图5 mpi的场强结构：两个相互指向的强磁体产生一个磁场梯度，中心是ffr。然后将ffr在样本中快速移动，利用强梯度（t）和弱场强（mt）来生成图像。

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